歯周炎や根管治療後の再感染を引き起こす細菌は、抗生物質でもなかなか死なない場合が少なくありません。細菌にだけ感染するウイルスであるバクテリオファージ(以下ファージ)をこうした細菌に合わせて活用しようとする研究が、最近相次いで発表されました。オーストラリアのラ・トローブ大学の研究チームは、歯周炎の細菌集団のうち一種だけをファージで除去しても、バイオフィルム全体が崩壊することを実験室で確認し、中国の武漢大学の研究チームは、ファージが細菌を破裂させる際に使う酵素だけを取り出してナノ材料に載せ、マウスの根尖の感染症を治療しました。両研究とも、まだヒトを対象とした臨床試験の前段階です。

細菌だけを狙って殺すウイルス

ファージは細菌だけに感染するウイルスです。標的とする細菌表面の特定の構造を認識して付着した後、遺伝物質を細菌の中に注入し、細菌内で増殖してから細胞を破裂させて外に広がります。ヒトの細胞にはこの構造がないため感染させることができず、標的としていない他の細菌種にもほとんど作用しません。

バクテリオファージが細菌表面に付着して遺伝物質を注入し、細菌を破裂させて広がる3段階の過程図

この特異性が抗生物質と分かれる点です。抗生物質は広範囲の細菌を一度に殺す代わりに、口の中にいた有益菌まで一緒に減らしてしまい、その過程で生き残った菌が耐性を持ちやすくなります。抗生物質が効かない菌が増える中、歯科でもファージ治療が抗生物質を補うか代替する方法として再び注目されています。歯茎の下の歯石を除去するスケーリングが歯周炎治療の基本ですが、歯周ポケットが深くなるほどこの方法だけでは細菌を取り切れないという点も、ファージを補助治療として研究させる背景になっています。バイオフィルムの奥まで入り込むことができ、毒性が低く、標的菌の中で自ら増殖して量を増やせる点が、ファージ治療の強みとされています。

一種を除去するだけで膜全体が崩壊した

ラ・トローブ大学の研究チームは、歯周炎の細菌集団の中で他の細菌をつなぐ足場の役割を果たすフソバクテリウム・ポリモルフム菌(Fusobacterium polymorphum)だけを選んで殺すファージFNU1を実験しました。この菌は、初期に定着する細菌と後から加わる病原性細菌との間をつなぐ役割を果たします。

研究チームは、シャーレの中でこの菌だけが存在するバイオフィルム、これに他の二種の細菌を加えたバイオフィルム、さらに歯周炎の代表的な原因菌であるポルフィロモナス・ジンジバリス菌(Porphyromonas gingivalis)まで加えた四種混合バイオフィルムをそれぞれ作りました。FNU1でフソバクテリウムだけを除去したにもかかわらず、四種が混ざった複雑なバイオフィルムでも、全体のバイオフィルム量と細菌密度が明らかに減少しました。バイオフィルムを構成するすべての菌種を殺さなくても、足場の役割を果たす一種だけを除去すれば、病気を引き起こす細菌群集全体が揺らぐ可能性があるということです。

歯肉溝の中のバイオフィルムで足場の役割を果たす細菌一つが消えると、残りの細菌が散らばりバイオフィルム全体が崩壊する概念図

同じ研究チームは、以前に関連する細菌であるフソバクテリウム・ヌクレアタム菌(Fusobacterium nucleatum)を標的とするファージ三種も分離し、この菌とジンジバリス菌が共に作るバイオフィルムを崩壊させることを確認したことがあります。ただし、これらの菌のゲノムにはファージに抵抗する防御システムも備わっており、ファージをそのまま適用するにはさらに多くの検証が必要です。二つの実験はいずれもシャーレの中での結果であり、実際の歯肉溝の中で確認された結果はまだありません。

歯根の先端感染には酵素だけを選び出しナノ材料に載せた

根管治療を終えた後も細菌が根の先端周辺に残って炎症を起こす根尖性歯周炎は、エンテロコッカス・フェカリス菌(Enterococcus faecalis)がよくある原因です。この菌は狭く曲がりくねった根管の奥深くに隠れ、消毒液でもなかなか除去されないことが知られています。

中国の武漢大学の研究チームは、生きたファージの代わりに、ファージが細菌の細胞壁を破壊する際に使う酵素であるリシンだけを別途取り出し、フェカリス菌に狙いを定めました。この酵素をZIF-8というナノサイズの金属有機構造体の中に載せ、徐々に染み出すようにした物質(LysPd138@ZIF-8)を作り、根尖性歯周炎にかかったマウスで実験しました。その結果、神経組織内のフェカリス菌が消え、CT撮影で骨が溶けた部位が減少しました。骨を作る遺伝子の活動も増加し、新しい骨が育つことまで確認されました。細菌を除去する効果と骨を再生する効果を一つの物質に込めたわけです。ただし、この結果もマウス実験の段階であり、ヒトの根管ははるかに細く複雑に分岐しているため、同じ効果がそのまま再現されるかは確認されていません。

抗生物質耐性菌が増える中、歯科領域でも特定の細菌だけを狙って攻略するファージ基盤の治療が二つの方向で開発されています。生きたファージでバイオフィルムの中核菌種を崩壊させる方式と、ファージの酵素だけを抽出してナノ材料に載せて運ぶ方式です。両方式ともまだ実験室と動物実験の段階にとどまっており、ヒトの歯肉や根管の中で同じ効果を発揮するかは、今後の臨床試験が答えを出すべき課題です。